地图采集车是一个复杂的集成系统，理论上与复杂性和可靠性有一定的负相关性。那么，如何提高可靠性，让这些多年的地图采集车多工作，少生病呢？本文将分享地图采集车制造商在硬件方面所做的工作，以便您能够有一个初步的了解。首先，解释一些相关的专业术语。
：地图采集车的那些东西 | 载车篇
用于收集地图数据的车辆通常配备一台或多台相机、激光、GNSS、IMU各种传感器设备，如电源系统、采集控制单元、前置计算机等。图像、点云、IMU空间位态等数据。按照一定的规定提取和生产地图所需的各种信息。
负相关是指两个参数的变化方向相反，一个变大，另一个变小，反之亦然。本文指的是复杂性和可靠性。
质量是指产品满足规定和潜在需求的特征和特征的总和。本文是指满足采集车辆需求或要求的程度。
为了保证地图采集车的硬件质量和可靠性符合预期，从设计、生产管理和测试的角度采用了相应的工具和手段。对影响质量和可靠性的关键点键措施，以确保采集车的质量和可靠性达到设计指标。
采集车硬件系统一般由载车、机械结构、定位设备、相机、激光、控制系统、电源系统组成，包括机械、电子电气和传感器。
地图采集车的质量和可靠性要求：在城市、高速公路等工况下，具有稳定可靠的操作能力。
低故障率，稳定运行，MTBF不少于2000小时；
惯导、激光结构件相对位置精度亚mm等级，态度精度0.1度内，确保无影响精度的变形。
注：评价可靠性的关键指标是平均无故障时间MTBF：
可靠性分为固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性通过设计和制造过程得到保证，很大程度上受设计水平和制造水平的影响。可靠性的使用取决于产品的使用环境、操作的正确性、维护和维护的合理性，因此在很大程度上受到用户的影响。
在设计阶段应用必要的技术手段，如模拟机械的实际组装，分析机械设计的合理性，评估结构的重量、强度和安装过程。确保机械结构稳定，安装过程合理。电气使用工具软件，参考行业标准和规范，分析电路的原理和模拟，确保设计的正确性，减少不必要的返工和设计错误。
组织、规划、协调、控制等一系列工作应用管理手段，确保开发生产的有序控制。
通过可靠性试验，暴露和分析采集车系统硬件隐性或潜在缺陷。具体目的：
(1)通过设计改进和改进产品的设计、部件、部件、原材料和工艺等缺陷；
(2)确认是否符合可靠性定量要求。
电子系统寿命期的典型故障分布符合浴缸曲线
：在产品投入使用的早期阶段，产品故障率较高，具有快速下降的特点。本阶段的故障主要是设计和生产中的缺陷，如设计不当、材料缺陷、加工缺陷、安装调整不当等。
：产品投入使用一段时间后，产品故障率可降至较低水平，基本处于稳定状态，故障率可近似为常数。这个阶段是意外故障期。
：特点是产品故障率迅速上升，产品故障迅速增加，直至最终报废。
根据电子产品寿命曲线的特点。各时期的策略如下：
（1）早期故障期：通过加强原材料和部件的检验、工艺检验、不同级别的环境应力筛选等严格的质量管理措施，暴露和排除早期故障。如选择军事级电源和汽车级芯片、高密度跑车试验等。
（2）意外故障期：故障由设备内部部件和部件的随机故障引起。其特点是故障率低、相对稳定，是收集车辆系统的主要工作时间。在这个阶段准备适当数量的备件。
（3）损耗故障期：故障主要由结构部件、部件磨损、疲劳、老化、损耗等引起。如果采集车辆已进入损耗期，故障基本上由计算机、惯导、相机、电缆等老化引起，使用寿命通过维护和局部更新延长。
电子电气部分的可靠性设计主要包括：
主要包括以下几个方面：
：系统依靠车载发电机供电，因此供电能力的可靠性非常重要，直接决定了能否正常工作。如某款车型，经设计和测算，加装设备最大总功耗约12V/27A(325W），原车最大用电60A(空调大灯等所有附件在极限情况下打开)，共87个A，汽车发电机标称输出110A，即使按80%的降额计算，也是88%A，在极限条件下仍能满足工况。
某车型发电机参数
：需要估计计算机带设备的数据吞吐量和计算能力。例如，计算机负责实时存储和控制多惯导数据的实时存储和控制。如果性能过低，数据将中断或丢失。因此，在一定的尺寸和价格范围内，最大限度地提高机器性能将有效保证工作的稳定性，并通过测量内存和CPU在安全范围内，占用率分别在20%和30%以下。
验证可用计算机
：汽车发电机输出电压具有不稳定的特点，为了保护激光、惯导等传感器，使其工作平稳，减少电源问题引起的故障，必须提供稳定的电源，一般采用稳压电源模块，在输入电压变化和出端负载变化较大的情况下，都能够提供稳定的电压输出。电源模块的降额冗余设计，主要是2方面：
一是输入电压范围，标称12V，实际选型为宽压9~18V，以应对不稳定的外部输入。
二是输出功率，决定了负载响应能力。经测算需模块稳压的设备标称功率约200W，电源模块为300W，冗余50%，足以应对某些情况下的瞬时功率冲击。
此外选用军工等级模块来应对工业级需求，保障能力更强。
军品级电源模块
：正常情况下，发电机供电已能满足汽车和设备用电，但是在长时间怠速、发动机偶然关闭或启动等情况下，原车电池可能会出现亏电或输出不足，导致系统宕机。
为应对这类情况，设计上外加了一只或多只容量较大的后备电池，如100AH以上容量，与原车电池共同组成储能电源，即使出现上述偶发情况，仍然能保证系统正常工作，甚至可以在车辆未发动的情况下，保障系统工作3~4小时。
：主要是规格等级的提升，例如：
电源线理论上30A仅需6平方电线，实际采用了10平方纯铜线；
信号电缆理论上双绞线即可，实际采用了双绞带屏蔽线；
网线6类线即可满足要求，实际采用双层屏蔽超6类线；
插头设计寿命1千次内即可，实际采用的是国际领先的连接器如lemo或欧度，寿命2万次以上，大大提高可靠性和耐用性。
目的是减少系统的组成部件数量，使复杂的产品简单化，便于制造、便于测试、便于安装；在相同条件下，也能够降低产品的制造成本，由于整个系统组成的部件数量减少，使得出现故障的几率也会大大减少。
采集系统由于主要的功能定义、核心传感器选型已固定，因此系统级的简化较少，主要是在线路处理上，设计了信号集成单元，将多路信号统一导入到一个单元内进行规整、分发，大大简化了车顶平台的线缆布设。
过热会导致电子设备工作异常乃至损坏，热设计的目的是使各器件的工作热应力适当低于其规定的额定值，基本任务是在满足性能要求的前提下尽可能减少设备内部产生的热量，减少热阻，选择合理的冷却方式。系统中需要考虑热设计的主要设备包括：
：除原有散热措施外，机柜或箱顶部专门设计多个大风扇协助计算机散热，并形成风道。同时机柜设计安装在车辆仪表台附近，距离空调出风口较近，利于降温。
：模块的工作性质决定了本身是发热严重的设备，首先在选型上，对模块的正常工作温度范围应做较高的设计，如选择80℃及以上，其次在散热设计上，模块具有大面积的铝制散热片，可应对正常的工作升温，另外，机柜铁质底板与模块紧密贴合，能够提供更大的散热面积，在极端情况下也可以在模块附近安装风扇辅助散热。
：这类传感器位于车顶，除本身的散热措施外，机械安装件与设备外壳紧密安装，可以通过结构件传导散热，同时车辆行驶时产生的风可以有效的进行对流散热。
安全设计的主要目的是保护系统在一定范围内工作，在遇到某些异常、极端的情况下，能够及时消除影响，或防止故障损坏扩大，电气方面的安全防护措施主要有以下内容：
：在线路中设置有合适容量的断路器（空气开关）防止因电流过大损坏设备，也需要采用熔断器，能够更加快速的响应异常并切断电源。
：选用带护套电缆/耐高温线，防止使用过程中的磨损和老化，关键部位加装波纹管或编织网护套加强防护。
：选用不同规格和卡口定义的插头，即使误操作也无法插入，不会造成线路紊乱。
：关键设备设计磁藕隔离电路以保护核心板卡不受外部信号的冲击、干扰；输入输出 IO口均内置ESD静电防护芯片，电路板喷涂三防漆，防水防氧化。
主要目的是使系统所有的电气及电子系统，包括各个设备、板卡等，在运行时遇到的各种电磁环境（系统内部的、外部的、人为的及天然的）中，其功能保持正常，性能不降低，仍能有效地进行采集作业。
电磁干扰的主要方式是传导、辐射、耦合，相应对策一般是滤波、屏蔽和接地。针对采集系统，大部分设备是整机安装，实际可执行的主要是屏蔽和接地措施。
：惯导及自研同步控制设备（简称同步器）设计有铝合金屏蔽罩，能够基本隔绝外部电磁辐射；
此外所选用的航插也为屏蔽型，间距紧密，能提供360度EMI屏蔽；
信号线缆全部为金属网状编织屏蔽线，部分关键线路内部增加芯线铝箔屏蔽层、双绞缠绕。屏蔽层和航空插头端接时只有很小的搭接电阻，有利于泄放干扰能量。
：系统所有部件及电缆屏蔽层均实现良好接地，外来的干扰信号可被该层导入大地，避免干扰信号进入内层导体干扰同时降低传输信号的损耗，另外接地也可防止静电累积放电。
可维修性设计的主要目的是当系统一旦出故障, 能容易地发现故障位置, 易拆、易检修、易安装, 即可维修度要高。维修度的高低直接影响产品的维修工时、维修费用, 影响采集效率。维修性设计中应考虑的主要问题有可达性、零部件的标准化和互换性。
：在软件和数据层面，增加系统和各个部件的状态信息，当出现异常时，能根据这些状态标志和log文件，快速定位故障源。
在硬件层面，设置明显的检测点，例如电压测试点、信号测试点，方便快速进行信号检测，而不是隐藏在电路深处难以触及、以至于需要繁琐的拆机才能开展工作。另外，各设备和组件在设计安装时，应注意容易调节、拆装等因素。
将故障风险高的设备固定于易于检修位置，如机柜上层，简单故障作业员可快速修复。提供必要的维修工具，出现简单故障可由作业员完成修复。
：设计时优选标准化的设备、附件，减少其品种、规格，例如网线、USB线、串口线、同轴电缆等，全部按照国际标准选材；电池、开关、航插选用通用型号的主流产品。
：采集系统各组件的技术规格，包括传感器，计算机等，应在开发和使用中保持一定的延续性，当出现故障时，能够快速的以替换同型号部件的方式排除问题。
互换性要求，可互换零部件，必须完全接口兼容，修改设计时，不要任意更改安装的结构要素和技术参数，破坏互换性。
装配阶段分外协生产、部件组装、整车装配三个过程。
采集系统需要外协的电气部件主要是同步器电路板、航插定制二方面，外协件的质量和可靠性直接关系到整个系统的可靠性。
：可靠性依赖于对原材料的质量控制和生产工艺管理。
元器件的选型如电容、电阻、芯片等不得低于工业级，并指定采购国际大品牌；元材料到货后，PCBA厂家应按照电子工业相关标准对其进行质检和测试，以满足品质要求。SMT良品率应达到行业内的上游水平。
：采购初期需要对外协加工厂的质量管理能力进行认定和核查，认定合格后方可承担产品的加工任务。认定的内容主要从物料采购的质量控制、生产过程的质量控制、检验能力和检验控制等方面着手。重点关注：外协厂质量管理机构的“独立自主性”；质量管理体系，质量管理（或控制人员）的资质与能力，质量检测设备；质量异常情况的处理，质量异常的纠正和预防措施。
电气部件组装，主要是信号集成单元/同步器部分，可靠性保障主要从以下方面入手：
整体环境应整洁卫生。整洁的车间、仓库、工作台，是有序生产的基础，可避免物料发错、工序混乱，同时应保证工作环境的清洁，维护物料和设备的完好状态。
：应适当设置装配区的工作环境温度，过高过低均会影响作业效率，也会因为热胀冷缩使得某些装配过程困难，例如太冷会导致塑料线易折断，焊接温度上不去造成虚焊。
：过于干燥会导致静电的产生，湿度过大又容易造成生锈、氧化，都会导致器件失效。可配置空调、加湿器调节温湿度。
：良好的照明条件是人工装配作业的基础。
：应当配备齐全、合适的装配工具。例如电路焊接需要的调温烙铁、镊子钳子、放大镜等，测试需要的稳压电源、示波器、万用表、信号发生器；此外，电路焊接调试装配时，均应佩戴防静电手环，并良好接地。不得使用不符合规格的工具强行操作，以免损坏工具及设备，例如使用小功率电源推动大功率设备，会造成电源烧毁、设备故障。
：各部件和整机装配必须由电子电气专业人员进行，并了解对应设备的技术规格和安装要求，学习掌握电气图纸和作业指导内容。每个装配步骤除实施人员外，需设置复核人员，对其各项工作进行检查，以防出现差错。
整车装配的可靠性在环境、工具设备、人员方面的要求与部件组装类似，这些方面的可靠性保障要求可以沿用，另外整车装配还涉及到电气和机械部分的配合，以及车辆改造工作。可靠性装配保障需要注意以下方面：
应遵循先机械后电气的顺序，即相关部位的机械组件安装完毕、清理好现场后，才能开始电气部件的组装和布线，避免设备在机械安装过程中受到物理冲击、振动，以及散落碎屑、螺钉的影响。
较长的线缆布设，应确定好机械结构的尺寸后，再按照最短路径原则确定走向和长度、进行绑扎固定；线缆的周围，不能有锋利、尖锐的物体，以免划破电线护套导致断路、短路。
：主要是从发电机舱引出供电线。在从发动机舱引出电源线到车内时，应避免影响到原车线路，此外注意2点：1、拆卸电池的正极时防止金属扳手造成短路；2、外接线缆做好隔热方面的防护，尽量远离发动机等热源。
：正确且合理的电气技术图纸，是装配可靠性的保证之一。图纸的设计应充分了解各部件的功能实现要求和接口定义，并结合系统的需求来绘制，图纸的正确性是系统正常工作的基础，每份图纸均应得到相关的部件开发者（同步器）或设备供应商（激光惯导相机）的确认，最后再次由第三人检查后才可以试行。在第一次装配过程中，还应对照实物再次复核，分步安装并确认落实。
：是为保证装配过程的质量而制订的程序，包括装配步骤、操作说明、作业规范等。优秀的作业指导能够提高装配效率，降低故障率。装配步骤应当是从电路到部件，再到整机，除必须上车安装的部件，其他的均应在室内装配完毕、经过测试后，再进入下一个环节。装配过程中的操作手段，均应符合行业标准，例如线缆布设、绑扎，紧固件点胶等等。
：针对装配过程中可能出现的异常情况，应提前制定预案，培训相关人员，防止损失扩大。例如针对装配过程中可能出现焦糊味的情况，应要求保持对设备电流值的关注，电源开关必须始终处在能迅速关闭的位置。
：接地、防静电措施必须到位；安装过程中，在搬运摆放设备时，应注意防止零部件划伤、跌落，提前做好保护工作。操作时避免扳手、螺丝刀等工具碰撞到电气设备外壳造成损伤，例如相机玻璃、激光防护罩等。
通过可靠性测试，提前暴露硬件隐性或潜在缺陷，并加以预防和改进，达到提高最终可靠性的目的。
电气测试分为部件测试和整车测试二部分，其中部件测试应在装配阶段之前完成。
各零部件，包括外购设备（传感器、计算机、电源模块等）和自研设备、插头线缆，必须进行测试验证、符合设计的技术规格后方可装车，防止缺陷设备安装后造成整个系统故障的情况出现，测试主要包括：
：即一般性检查，各个设备、航插、电缆等部件，针对其外观、尺寸、接口规范、线缆、功能定义、电气规格等，按照测试规程进行验证，需符合相关订货要求、设计文件、电气图纸的规定。
：在外围模拟部件实际的工作条件，再测试其工作状态：同步设备需要外接GPS信号及模拟里程脉冲，进行校时精度和相机触发功能的测试；惯导应单独装车，采集一定的测试数据后分析轨迹质量；激光应开机进行试采，分析点云数据完整性；计算机需拷机，模拟大数据传输，考察其稳定性。
：针对可能会出现的不确定因素，对某些指标进行极限压力测试，主要包括电源拉偏、冲击实验、信号丢失实验、数据传输实验等。
电源拉偏、冲击测试是针对各传感器、计算机、电源模块等，按照说明书中规定的电压范围，测试在最大和最小值下，能否正常工作，例如计算机标称9~18V，可外接调压电源，分别输入9V及18V，观察机器是否能够正常运行。电源冲击试验是对电源短时间施加超过正常输入的电压，并加上满负荷负载，来验证设备的稳定性和可靠性。贵重的传感器设备暂时不进行该项测试，或在厂家指导建议下进行。
信号丢失实验主要是测试GPS失锁的情况下，同步器及激光时间精度误差，可以通过断开被测设备的GPS天线，与参考时钟源对比的方式进行，参考信号可以是另外一台正常工作的GPS。
数据传输测试针对计算机、相机、激光进行，类似压力测试。计算机可额外接入多路数据源（如激光数据等），评估其峰值数据传输及存储的能力，并与正常工作的标准值做对比，一般带宽冗余越高，传输可靠性稳定性越好。相机和激光的传输测试通过调整帧率进行，实验环境下相机、激光按实际1.5倍以上频率实测。
：针对自研设备，主要是测试在错误的输入条件下，能否保证健壮性，例如输入过压或欠压的电源，触发端口短路，验证其是否会损坏，外部航插，是否能够防止误插拔。
：条件允许的情况下，可以适当展开各部件的老化试验、温湿度试验、跌落试验、防尘防水试验等。
装配工作全部完成后，进行整车的可靠性测试。分3个步骤：
：该检查应当由本车实际安装人员以外的其他人员执行，以免因习惯性问题造成失误。
：所有设备必须稳固安装，应通过用力摇动等方式逐一排查确定。
：检查总电源正负极是否接反、短路情况，导线绝缘层是否破损，开关接线是否正确，开关能否正常接通和断开。
：所有车顶、机柜上航插均应确认是否插入正确，有无漏插、误插情况，插入是否到位。检查线缆的固定情况，出厂车辆不允许有线缆松脱、可自由移动的现象。
：检查系统电源是否正常范围内，过低则需充电，过高属于异常情况应进一步检修。
：按照顺序，分别开启设备，每个设备开启后应观察机柜上电流值的增加值，过低过高均应立即断开开关，排除故障。
设备全部正常开启后，运行各个采集软件，进行跑车测试，根据各个软件的状态反馈，初步确定各个部件和整个系统的功能完好性，跑车结束后，进行数据分析，全面验证功能和性能指标的达标情况。根据不达标数据，判断是否与硬件相关，若相关则需要整改。
：压力测试是对硬件系统进行可靠性调查、分析和评价的一种手段。在进入整车阶段后，由于前期设计和装配可靠性工作的实施，系统的可靠性指标实际上已经定型，测试工作只是一种检验的过程，主要方法就是压力测试，根据压测的结果，寻找故障源和缺陷位置，加以改进，并在后期举一反三，预防此类问题的出现。压测是在系统正常运行的条件下，加大测试力度，如增加采集时间，增加采集数据量等。
压力测试在电气上主要关注：
：车载发电机+电池是否能满足系统长时间满负荷工作，电源模块有无输出衰减、过热保护、电压不稳等情况，各部件有无功耗突变现象。
：各种设备接口有无掉线，系统有无死机，采集数据有无丢失等情况。
：激光连接是否稳定、数据输出是否正常，以及其他方面（如激光甩油）异常情况；相机有无丢帧，图像是否模糊、撕裂等；惯导GPS搜星速度及信噪比等。
以上情况均应进行记录和统计，并判断是否符合标准，低于预期值的，应进行排查整改。
机械设计阶段可靠性影响分为功能、安全两个方面。设计过程中需围绕这两部分进行逐一分解，细分成项，采取相应对策保障机械可靠性。
下面分别进行阐述：
需要实现特定功能的机械组件，如相机角度调节模块、快速拆装模块，在反复使用之后仍能实现功能完整性。主要措施包括：合理选择机械配合类型，有相对运动的零件间选择合适的配合间隙并有限位部件进行位置限定。
如某型号车，机械功能方面项目详见下表：
载车工作环境为室外道路，机械结构件会受到振动、空气、雨水、灰尘等因数影响。可靠性设计主要包括结构强度可靠性、连接可靠性、材料可靠性。
结构强度可靠性——影响强度主要包括材料的物理特性、结构的几何形状和尺寸。措施：设计过程中分析各零件的载荷特性，选择铝合金、不锈钢等材料。对有变形指标要求的结构设计加强筋。
连接可靠性——各个零部件之间的连接需牢固可靠，不能出现松动、相对位移。措施：合理的安装孔位配置；螺钉使用螺纹紧固胶、弹簧垫圈防止松动。
材料可靠性——各机械部件在长期使用后材料不应发生较大磨损、腐蚀、老化等物理、化学变化。措施：螺钉、螺母使用不锈钢材质防止锈蚀、需反复使用的螺孔及紧固件使用不锈钢加工，和铝件有相对运动的零件使用尼龙、聚甲醛等塑料材质降低摩擦磨损。
如某款采集车，安全方面可靠性如下表：
生产装配阶段可靠性措施：
对外协加工厂加工能力划标准，合格供应商才能在平台应标报价。审查外协供应商单位资质包括：考察厂家设备水平，供货能力、产品品质。
供应商在设备方面：需要有钣金加工能力（激光切割机、数控冲床、焊接、折弯、压铆机器），数控加工中心（建议选择知名品牌、高精度加工中心）；人员方面需要有成套设备加工能力；质量方面需要品控人和专用的机械检测手段。
外协件到货后，先依据图纸对逐个零件检查、复核，检查内容包括材质、尺寸、螺孔位置、表面处理等是否与设计相符，不合格品拒绝接收。
正式上车安装前，车顶平台和车内机柜整体试装、判断结构合理性。对结构不合理部分进行返工、整改。车顶平台和车内机柜上车前称重，确定实物重量与设计相符，尤其车顶平台整体重量不能超过承重红线。
原则上少对车体改造，涉及载车改造部分，如机柜固定时要在车体打孔，需对打孔部分进行评估，确保不碰触汽车电路、油路。
螺钉紧固件需合适规格，做到安装过程中检查，安装完成后由其他成员复查，确保可靠。
装配过程严格依照工艺规程执行，杜绝出现装配少步骤或少装零件。
惯导、激光、相机是系统关键件，任何一种设备失效均会引起系统严重故障，不能作业。
这类设备属外购设备，其产品特性在出厂前已决定，官方一般未标注寿命指标。
传感器可靠性设计阶段保障手段主要是：
A、设计重点主要在于提供适宜的工作环境，如军品级稳压电源、充分散热、防水、防尘以及电磁干扰防护。相机专门设计IP54等级防护罩，防水防尘；惯导由信号集成单元专门密封封装，I/O接口缓冲保护，防电磁干扰和辐射；激光与惯导整体外罩防护；
B、传感器间线缆连接采用专用高可靠性插头。如lemo连接器；
C、建立有效的保障机制，如与供应商签订较为长期的售后服务合同，当出现故障后，可及时响应与解决；
D、建立备件机制，如惯导、激光、相机采购总量10%左右的备件，确保故障后能及时更换。
装配阶段可靠性保障主要包括：
A、对操作人员进行装配安全培训，避免发生危险操作。如直接用手触碰设备接口，搬运过程中跌落，未校线前通电等。
B、传感器信号线缆间连接部分采用焊接工艺，焊点热缩管防护。线缆绑扎，避免线缆产生应力，导致焊点疲劳不可靠。
C、固定传感器螺钉需选用合适规格并锁紧。装配完成后需安排其他非安装成员检查。
传感器测试阶段可靠性与电子电气可靠性一同进行测试，主要是压力测试：9小时/天，连续1个月以上压力测试，检查传感器数据是否完整。
基于历史运行状态记录，通过设备使用数据、工况数据、各部件性能数据、配件更换数据等信息，进行设备故障、服务、配件需求方面的预测，为主动服务提供技术支撑，延长设备使用寿命，降低故障率。
地图采集车质量建设是一个复杂的系统工程，包括技术、管理等多方面知识。作为技术人员需要坚持优秀产品是设计出来的理念。设计考虑周全了，既提升产品可靠性的同时，也会降低管理、售后成本。
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